ญี่ปุ่นพบปรากฏการณ์ Earthquake Whiplash “แรงสะบัดย้อนกลับ” ของแผ่นดินไหว

ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น ค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่เคยถูกอธิบายมาก่อนในแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ โดยพบว่าเมื่อการแตกตัวของรอยเลื่อนใต้ดินหยุดลงอย่างกะทันหัน พื้นดินสามารถเกิดแรง “สะบัดย้อนกลับ” คล้ายอาการ Whiplash ที่เกิดขึ้นเมื่อรถเบรกกะทันหันอย่างแรง ตัวรถจะหยุด แต่ร่างกายคนยังมีแรงเฉื่อย จึงพุ่งไปข้างหน้าต่อ จากนั้นเบาะและเข็มขัดนิรภัยจะดึงร่างกลับ ทำให้เกิดการ “สะบัดย้อนกลับ” ไปด้านหลังอย่างรวดเร็ว

Earthquake Whiplash คืออะไร ?

ปรากฏการณ์ที่นักวิจัยค้นพบดังกล่าวถูกตั้งชื่อเรียกว่า Earthquake Whiplash จะเกิดขึ้นในกรณีแผ่นดินไหวประเภท Strike-slip หรือรอยเลื่อนที่แผ่นเปลือกโลกเลื่อนผ่านกันในแนวระนาบเช่น รอยเลื่อน San Andreas ในสหรัฐฯ หรือรอยเลื่อนขนาดใหญ่ตามแนว Ring of Fire 

โดยปกติ เมื่อแผ่นดินไหวเกิดขึ้น พื้นดินจะเคลื่อนตัวไปในทิศทางหนึ่งตามแรงของการแตกตัวใต้ดิน แต่ข้อมูลจากเครื่องวัดแรงสั่นสะเทือนใกล้แนวรอยเลื่อนกลับพบว่า ในบางเหตุการณ์พื้นดินไม่ได้หยุดนิ่งทันทีหลังเคลื่อนตัวเสร็จ แต่เกิดการ “เคลื่อนเกินจุดสมดุล” ก่อนสะบัดย้อนกลับชั่วคราวในทิศทางตรงกันข้าม

นักวิจัยเรียกสัญญาณนี้ว่า Negative Phase หรือช่วงเฟสลบ ซึ่งไม่เคยถูกสังเกตอย่างชัดเจนมาก่อนในการศึกษาคลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เพราะที่ผ่านมาสัญญาณนี้ค่อนข้างจับได้ยากมาก จากทั้งการจับตัวคลื่นที่ต้องวัดใกล้รอยเลื่อนมาก ๆ มุมมองต่อแผ่นดินไหว ที่ส่วนใหญ่จะสนใจตอนเริ่ม มากกว่าตอนหยุด รวมไปถึงสัญญาณนี้ยังเกิดสั้น ๆ และซับซ้อนมากอีกด้วย 

หนึ่งในประเด็นสำคัญของงานวิจัยคือ การตั้งคำถามว่า “แผ่นดินไหวหยุดได้อย่างไร” เพราะที่ผ่านมา งานศึกษาส่วนใหญ่จะโฟกัสไปที่จุดกำเนิดแผ่นดินไหว หรือการแพร่กระจายของรอยแตกใต้ดิน มากกว่าช่วงเวลาที่การเคลื่อนตัวหยุดลง

ทีมนักวิจัยวิเคราะห์ข้อมูลจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ 12 เหตุการณ์ทั่วโลก พร้อมใช้ข้อมูลดาวเทียมและแบบจำลองคอมพิวเตอร์จำลองสถานการณ์ พบว่าแรงสะบัดย้อนกลับนี้เกิดขึ้นเมื่อการแตกตัวของรอยเลื่อนพุ่งไปชนบริเวณที่มีแรงเสียดทานสูง หรือกำแพงทางธรณีวิทยา จนหยุดลงแบบฉับพลัน

เมื่อการเคลื่อนตัวหยุดเร็วเกินไป พลังงานจำนวนมากจะสะท้อนกลับออกมาในรูปคลื่นย้อนทาง ส่งผลให้พื้นดินใกล้แนวรอยเลื่อนเกิดแรงเหวี่ยงกลับอย่างรุนแรง คล้ายแรงสะบัดของแส้ หรือรถที่เบรกกะทันหัน

นักวิจัยยังพบด้วยว่า หากแผ่นดินไหวค่อย ๆ ชะลอแรงก่อนหยุด สัญญาณ Earthquake Whiplash  จะเกิดขึ้นน้อยกว่า แต่หากหยุดทันที แรงย้อนกลับจะยิ่งรุนแรงขึ้นตามไปด้วย

ทำไมการค้นพบนี้จึงสำคัญ ?

แม้แผ่นดินไหวจะถูกศึกษาอย่างต่อเนื่องมาหลายสิบปี แต่การค้นพบ Earthquake Whiplash ช่วยอธิบายได้ว่า ทำไมแผ่นดินไหวบางครั้งจึงสร้างความเสียหายรุนแรงกว่าที่คาดการณ์เอาไว้ 

ในทางวิศวกรรม แรงสะบัดย้อนกลับลักษณะนี้ถือเป็นความท้าทายใหม่ เพราะอาคาร สะพาน และโครงสร้างพื้นฐานส่วนใหญ่ถูกออกแบบให้รับแรงสั่นสะเทือนในทิศทางหลัก แต่ไม่ได้คำนึงถึงแรงเหวี่ยงย้อนกลับระยะสั้นที่เกิดขึ้นทันทีหลังการหยุดตัวของรอยเลื่อน

พื้นที่เสี่ยงแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เช่น ญี่ปุ่น ไต้หวัน ชิลี นิวซีแลนด์ หรือชายฝั่งตะวันตกของสหรัฐฯ อาจต้องนำข้อมูลลักษณะนี้ไปใช้พัฒนามาตรฐานการก่อสร้างในอนาคต โดยเฉพาะในพื้นที่ใกล้แนวรอยเลื่อนหลัก

สำหรับการค้นพบในครั้งนี้ ส่งผลให้ทางนักวิจัยกำลังวางแผนขยายการศึกษาข้อมูลแผ่นดินไหวจากทั่วโลกเพิ่มเติม เพื่อทำความเข้าใจ Stopping Phase หรือช่วงหยุดตัวของแผ่นดินไหวให้ละเอียดขึ้น เพราะลักษณะของการหยุดตัวอาจกลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ใช้ประเมินความเสี่ยงและคาดการณ์ความเสียหายได้แม่นยำกว่าเดิม

หากสามารถนำข้อมูลเหล่านี้มาพัฒนาแบบจำลองทางวิศวกรรมได้สำเร็จ โลกอาจมีแนวทางใหม่ในการออกแบบเมือง อาคาร และโครงสร้างพื้นฐานให้รับมือกับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้ดียิ่งขึ้นในอนาคต

งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science : https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef3733